(57)【要約】【課題】 ＭＥＭＳセンサーおよび中間部材の動きを測定する方法およびＭＥＭＳセンサーの製造方法が開示される。【解決手段】センサーは、基板、基板上に配置される下部磁性部材と、基板上部に配する層、下部磁性部材に対向する層の一面に配置される上部磁性部材と、下部磁性部材と上部磁性部材との間に磁気浮上している中間磁性部材と、中間磁性部材の動き、変位、中間磁性部材に加えられる力のいずれかを測定する成分（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）とを含む。【選択図】   図４
2005326410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部磁性部材と、
前記下部磁性部材の上方に配置される上部磁性部材と、
前記下部磁性部材と前記上部磁性部材との間に磁気浮上している中間磁性部材と、
前記下部磁性部材と前記上部磁性部材に対する中間磁性部材の動き、変位、中間磁性部材に加えられる力のいずれかを測定する検出器（ｄｅｔｅｃｔｏｒ）と、
を含むことを特徴とするＭＥＭＳセンサー。
【請求項２】
前記検出器は、
前記下部磁性部材に配する第１導体板と、
前記第１導体板に対向する前記中間磁性部材の一面に配置される第１中間導体板と、
前記上部磁性部材に配置される第２導体板と、
前記第２導体板に対向する前記中間磁性部材の他面に配置される第２中間導体板と、
を含み、前記中間磁性部材の変位は、前記第１導体板と第２導体板との間で測定される電流および共振周波数の少なくともいずれか１つにより決定されることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳセンサー。
【請求項３】
前記第１導体板および前記第１中間導体板が有する第１コンデンサーは、前記第１導体板と前記第１中間導体板との間の第１距離に基づき、
前記第２導体板および前記第２中間導体板が有する第２コンデンサーは、前記第２導体板と前記第２中間導体板との間の第２距離に基づき、
前記中間磁性部材の動き、前記中間磁性部材に加えられる力、前記中間磁性部材の変位の少なくともいずれか１つは、前記第１および第２コンデンサーの変化を測定することによって決定されることを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳセンサー。
【請求項４】
前記第１中間導体板および第２中間導体板を接続する電気的な結合装置をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳセンサー。
【請求項５】
前記電気的な結合装置は、導体とインダクターのいずれか１つであることを特徴とする請求項４に記載のＭＥＭＳセンサー。
【請求項６】
前記検出器は、
前記中間磁性部材の上方に配置され、信号を生成する少なくとも１つの信号成分と、
前記中間磁性部材の角速度および角加速度を決定するために前記中間磁性部材が軸周りを回転する際、前記少なくとも１つの信号成分により生成された信号を測定する信号センサーと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳセンサー。
【請求項７】
前記少なくとも１つの信号成分は、軸の中心から離れた位置に配置され、少なくとも１つの信号成分が前記信号センサーに隣接する時に、前記信号センサーが信号を測定することを特徴とする請求項６に記載のＭＥＭＳセンサー。
【請求項８】
前記少なくとも１つの信号成分は、複数の信号成分であることを特徴とする請求項６に記載のＭＥＭＳセンサー。
【請求項９】
前記少なくとも１つの信号成分は前記軸中心から離れた位置に配し、前記少なくとも１つの信号成分が信号センサーに隣接した時、前記信号センサーは信号を測定することを特徴とする請求項６に記載のＭＥＭＳセンサー。
【請求項１０】
前記検出器は、
前記中間磁性部材の上方に配置され、信号を生成する少なくとも１つの信号成分と、
前記中間磁性部材の角変位および角加速度のいずれかを決定するために前記中間磁性部材が前記中間磁性部材に垂直な軸について回転する時、前記少なくとも１つの信号成分により生成された信号を測定する信号センサーと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳセンサー。
【請求項１１】
前記検出器は、
複数の信号成分と、
前記信号センサーを隣接に通過する多数の信号成分により決定される角変位および角加速度のいずれか１つを含むことを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳセンサー。
【請求項１２】
前記下部磁性部材の第１磁性表面および前記下部磁性部材に対向する前記中間磁性部材の第１磁性表面は、それぞれ第１磁極性（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｐｏｌａｒｉｔｙ）を有し、
前記上部磁性部材の第１磁性表面および前記上部磁性部材に対向する前記中間磁性部材の第２磁性表面は、それぞれ第２磁極性（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｐｏｌａｒｉｔｙ）を有し、
前記下部磁性部材と前記上部磁性部材との間の中間磁性部材を磁気浮上させるために前記第１磁極性と前記第２磁極性は相反することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳセンサー。
【請求項１３】
前記下部および上部磁性部材との間に前記中間磁性部材を位置させるための配置手段をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳセンサー。
【請求項１４】
前記配置手段は、前記中間磁性部材の中心に設けられた中心ホールに挿通されるスピンドルをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のＭＥＭＳセンサー。
【請求項１５】
前記中間磁性部材は、第１磁性表面領域を有し、
前記上部および下部磁性部材は、それぞれ第２磁性表面領域および第３磁性表面領域を有し、
前記第１磁性表面領域は、前記第２および第３磁性表面領域と別の形態を有することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳセンサー。
【請求項１６】
前記上部、中間、および下部磁性部材のいずれか１つは、複数の分離された磁性構造を有することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳセンサー。
【請求項１７】
複数の分離された磁性構造は、柱状（ｐｉｌｌａｒ−ｓｈａｐｅｄ）であることを特徴とする請求項１６に記載のＭＥＭＳセンサー。
【請求項１８】
下部磁性部材、中間磁性部材、および上部磁性部材を含むＭＥＭＳデバイスを形成する方法であって、
第１外部磁界を下部および上部磁性部材と中間磁性部材に印加するステップと、
前記下部および上部磁性部材と前記中間磁性部材で第１方向に磁極性（ｍａｇｅｎｔｉｃ  ｐｏｌａｒｉｔｉｅｓ）を誘導するステップと、
第２外部磁界を前記下部および上部磁性部材と中間磁性部材に印加するステップと、
ｉ）前記中間磁性部材、およびｉｉ）前記下部および上部磁性部材のいずれか１つだけ
の磁極性を第２方向に反転させるステップと、
を含むことを特徴とするＭＥＭＳデバイス形成方法。
【請求項１９】
前記下部および上部磁性部材の保磁力は、前記中間磁性部材の保持力より大きいことを特徴とする請求項１８に記載のＭＥＭＳデバイスの形成方法。
【請求項２０】
前記下部および上部磁性部材の保磁力は、前記中間磁性部材の保磁力より小さいことを特徴とする請求項１８に記載のＭＥＭＳデバイスの形成方法。
【請求項２１】
基板、内部部材、上部部材を介して流れる電流および電流の共振周波数を測定するステップと、
前記電流および前記電流の共振周波数から前記内部部材の変位を算出するステップと、
を含むことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの基板と上部部材との間に磁気浮上された内部部材の変位を測定する方法。
【請求項２２】
前記変位は、線形変位であることを特徴とする請求項２１に記載のＭＥＭＳデバイスの基板と上部部材との間に磁気浮上された内部部材の変位を測定する方法。
【請求項２３】
基板と上部部材との間で磁気浮上される内部部材と、前記内部部材の上方に配する少なくとも１つの信号成分および前記基板上に配する検出器を含むＭＥＭＳデバイスであって、
内部部材が回転する際に、前記少なくとも１つの信号成分が前記検出器の近傍を通過するとき、前記少なくとも１つの信号成分から生成された信号を検出するステップと、
信号から前記内部部材の動きおよび変位の少なくとも１つを算出するステップと、
を含むことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの動きおよび変位の少なくとも１つを測定する方法。
【請求項２４】
前記変位は角変位であることを特徴とする請求項２３に記載のＭＥＭＳデバイスの動きおよび変位の少なくとも１つを測定する方法。
【請求項２５】
基板と上部部材との間で磁気浮上される内部部材と、該内部部材上に配置される少なくと１つの信号成分および前記基板上に配する検出器を含むＭＥＭＳデバイスであって、
前記内部部材が回転する際に、前記信号成分が前記検出器を通過する際に、前記少なくとも１つの信号成分から放出される信号を検出するステップと、
信号から前記内部部材の角速度および角加速度の少なくとも１つを算出するステップと、
を含むことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの角動き測定方法。
【請求項２６】
基板と、
前記基板上に配した下部磁性部材と、
前記基板上部に配した１つの層と、
前記下部磁性部材に対向する前記基板の一面に配した上部磁性部材と、
前記下部磁性部材および上部磁性部材との間に磁気浮上された中間磁性部材と、
前記中間磁性部材の動き、中間磁性部材に加えられる力、および中間磁性部材の変位、の少なくともいずれか１つを測定するための手段と、
を含むことを特徴とするＭＥＭＳセンサー。
【請求項２７】
第１磁極性を有する下部磁性表面を含む下部磁性部材と、
前記下部磁性部材の上方に配し、第２磁極性を有する上部第２磁性表面を含む上部磁性部材と、
前記下部磁性表面に対向する第１磁極性を有する第１磁性表面と前記上部磁性表面に対向する第２磁極性を有する第２磁性表面を含み、前記下部磁性部材と上部磁性部材との間で磁気浮上される中間磁性部材と、
前記下部磁性部材および上部磁性部材に対して前記中間磁性部材の変位を測定する検出器と、
を含み、前記検出器は、
前記下部磁性部材に配する第１導体板と、
前記第１導体板に対向する前記中間磁性部材の一面に配置される第１中間導体板と、
前記第１導体板と前記第１中間導体板は第１コンデンサーを形成し、
前記上部磁性部材に配する第２導体板と、
前記第２導体板に対向する前記中間磁性部材の他面に位置する第２中間導体板と、
前記第２導体板および前記第２中間導体板は第２コンデンサーを形成し、
前記中間磁性部材の変位は、
ｉ）前記第１導体板および前記第２導体板との間で測定される電流、
ii）前記第１導体板および前記第２導体板を介して測定される共振周波数、
iii）前記第１コンデンサーで測定された第１コンデンサーおよび前記第２コンデンサーで測定された第２コンデンサー
のいずれか１つの変化によって決定されることを特徴とするＭＥＭＳセンサー。
【請求項２８】
前記第１導体板は少なくとも２つに大別され、
前記内部部材の動き、前記内部部材に加えられる力、前記内部部材の変位のいずれか１つにより発生する第１コンデンサーの変化は前記第１導体板の少なくとも２つの部分との間で測定されることを特徴とする請求項２７に記載のＭＥＭＳセンサー。
【請求項２９】
前記第２導体板は少なくとも２つに大別され、
前記内部部材の動き、前記内部部材に加えられる力、前記内部部材の変位のいずれか１つにより発生する第２コンデンサーの変化は前記第２導体板の少なくとも２つの部分との間で測定されることを特徴とする請求項２７に記載のＭＥＭＳセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性ＭＥＭＳデバイスおよびその形成方法であって、ＭＥＭＳ工程を用いて製造された磁性デバイス、特に、ＭＥＭＳ磁気浮上センサー、ＭＥＭＳ磁気浮上センサーの製造方法、およびＭＥＭＳ磁気浮上センサーを用いて変位、動き、力を検出する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシーン技術の進歩は小型のＭＥＭＳセンサーを発展させている。ＭＥＭＳセンサーの一例として、圧力センサーの一種であり、車のエアーバックのための加速度計に至るまで様々な応用技術に用いられる圧電センサーなどがある。しかし、温度変化に敏感であるため圧電センサーのような圧電デバイスの利用は制限されている。
ＭＥＭＳセンサーの他の一例として、質量―バネシステム加速度計がある。このような加速度計では、作成時における設計精度が要求されるため、測定が不正確になるとＭＥＭＳに配置されるバネの正確なバネ常数をモデリングすることが難しい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、動き、力、または変位を正確に測定するためのＭＥＭＳセンサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１実施形態に係るＭＥＭＳセンサーは、下部磁性部材と、前記下部磁性部材の上方に配置される上部磁性部材と、前記下部磁性部材と前記上部磁性部材との間に磁気浮上している中間磁性部材と、前記下部磁性部材と前記上部磁性部材に対する中間磁性部材の動き、変位、中間磁性部材に加えられる力のいずれかを測定する検出器（ｄｅｔｅｃｔｏｒ）とを含むことが好ましい。
【０００５】
本発明の他の実施形態は、下部磁性部材、中間磁性部材、および上部磁性部材を含むＭＥＭＳデバイスを形成する方法である。本発明の他の実施形態に係るＭＥＭＳセンサーを形成する方法は、下部および上部磁性部材と中間磁性部材に第１外部磁界を印加するステップと、第１方向に前記下部および上部磁性部材と前記中間磁性部材に磁極性（ｍａｇｅｎｔｉｃ  ｐｏｌａｒｉｔｉｅｓ）を誘導するステップと、第２外部磁界を前記下部および上部磁性部材と中間磁性部材に印加するステップと、ｉ）前記中間磁性部材、およびｉ
ｉ）前記下部および上部磁性部材のいずれか１つだけの磁極性を第２方向に反転させるステップとを含む。
【０００６】
本発明の他の実施形態は、ＭＥＭＳデバイスの下部および上部部材との間で磁気的に浮上している内部部材の変位を測定する方法である。ＭＥＭＳデバイスの下部および上部部材との間で磁気的に浮上している内部部材の変位を測定する方法は、下部部材、内部部材、上部部材を介して流れる電流および電流の共振周波数を測定するステップと、前記電流および前記電流の共振周波数から前記内部部材の変位を算出するステップとを含む。
【０００７】
内部部材の変位を測定する更なる方法は、内部部材と外部部材との間、すなわち、内部部材と下部部材、および上部部材のいずれか１つの間のコンデンサーの変化を測定することである。
本発明の更なる実施形態は、内部部材および外部部材との間で磁気的に浮上している内部部材、前記内部部材上に配する少なくとも１つの信号成分、前記内部部材および／または上部部材に配する検出器を含むＭＥＭＳデバイスの変位または動きを測定する方法である。前記ＭＥＭＳデバイスの変位または動きを測定する方法は、内部部材が移動する際、前記少なくとも１つの信号成分が前記検出器を隣接に通過する場合、前記少なくとも１つの信号成分から放射された信号を検出するステップと、信号から内部部材の変位、内部部材に与える力、内部部材の動きを算出するステップとを含む。
【０００８】
本発明の更なる実施形態は、下部部材と上部部材との間で磁気的に浮上している内部部材、前記内部部材上に配置される少なくとも１つの信号成分、前記下部および／または上部部材に配する検出器と、を備えるＭＥＭＳデバイスの角運動を測定する方法である。前記ＭＥＭＳデバイスの角運動を測定する方法は、内部部材が回転する際に、前記少なくとも１つの信号成分が前記検出器を近接に通過するとき、前記少なくとも１つの信号成分から放出された信号を検出するステップと、信号から前記内部部材の動きおよび変位の少なくとも１つを算出するステップとを含む。
【０００９】
本発明の更なる実施形態に係るＭＥＭＳセンサーは基板と、前記基板上に配した下部磁性部材と、前記基板上部に配した１つの層と、前記下部磁性部材に対向する前記基板の一面に配した上部磁性部材と、前記下部磁性部材および上部磁性部材との間に磁気浮上している中間磁性部材と、前記中間磁性部材の動き、中間磁性部材に加えられる力、および中間磁性部材の変位、の少なくともいずれか１つを測定するための手段とを含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、ＭＥＭＳ製造工程を用いることにより、極めて高い精密度を有することができ、コスト面においても効率的である。また、一括した製造工程により本発明のセンサーデバイスが製造される。
さらに、本発明に係るＭＥＭＳセンサーは、角速度センサー、振動センサー、加速度センサーなどとして利用可能である。このような磁気浮上方式のセンサーは非接触センサーとして、その耐久性が優れ、且つ精密な物理量の測定ができる、といった長所を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。
【実施例】
【００１２】
本発明の１実施の形態に係る装置はシリコンウェハのようなウェハから形成された外部部材および外部部材の中で製造された内部部材を含む。外部および内部部材の上部に磁性物質が薄く切られて、反発磁気力が内部部材を磁気浮上させる。
図１および図２は本発明の好適な実施形態を図示している。磁気センサーデバイス１００は外部部材１０と内部部材２０を含んでなる。外部部材１０は上部部材１２および下部部材１４を含んでいる。内部部材２０の断面図Ａ−Ａ'に示した通り（図２（Ｂ））、内部部材２０は中心ホール２２を有するディスク状である。内部部材２０は上部部材１２および下部部材１４との間に配置される。スピンドル３０は外部部材１０内に位置し、内部部材２０の中心ホール２２を通過する。外部部材１０および内部部材２０は外部および内部部材１０、２０に位置した磁性物質から誘発される磁性をそれぞれ有する。
【００１３】
図２（Ｃ）には外部部材１０および内部部材２０の磁極性（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｐｏｌａｒｉｔｉｅｓ）を図示している。上部部材１２にて、第２磁極性を有する第２磁極１２ｂの上方に第１磁極性を有する第１磁極１２ａが存在する。内部部材２０は第１磁極性を有する第４磁極２０ｂの上方に第２磁極性を有する第３磁極２０ａを有している。下部部材１４は第２磁極性を有する第６磁極１４ｂの上方に第１磁極性を有する第５磁極１４ａを有している。内部部材２０および上部部材１２のうちいずれか一方または両方が極めて薄い場合や薄くてフレキシブルな場合には、その上面または底面に指示層を追加することもできる。
【００１４】
本発明の好適な実施形態において、第１、第２磁極性は反対の磁極性である。一例として第１磁極性はＮの磁極性、第２磁極性はＳの磁極性であり得る。一方、第１磁極性をＳの磁極性、第２磁極性をＮの磁極性とすることもできる。
上部部材１２および内部部材２０の対向面と下部部材１４および内部部材２０の対向面はそれぞれ同じ磁極性を有しているため、内部部材２０は上部部材１２と下部部材１４との間で磁気浮上する。
【００１５】
他の実施形態において、磁気センサーデバイス３００が図３Ａ〜図３Ｃに示されている。図３Ｃにおいて、参照符号３１０は上部部材３１２と下部部材３１４を保有している外部部材を示す。外部部材３１２は第１磁極性を有する第１磁極３１２ａと第２磁極性を有する第２磁極３１２ｂを有している。第２磁極性を有する第３磁極３１２ｂと第１磁極性を有する第４磁極３２０ｂを保有する内部部材３２０は、上部部材３１２と下部部材３１４との間に配置される。下部部材３１４は第１磁極性を有する第５磁極３１４ａと第２磁極性を有する第６磁極３１４ｂを有する。本実施の形態では、上部部材３１２および内部部材３２０の対向面と、下部部材３１４および内部部材３２０の対向面は内部部材３２０を磁気浮上させるために同じ磁極性を有している。内部部材３２０および外部部材３１２のうち一方または両方が薄く、且つ柔軟性を有しているために支持層を作ることが好ましい場合、支持層は内部部材３２０および／または上部部材３１２の上面または底面に追加することができる。さらに、ｘ軸に平行な上部および内部部材３１２、３１４の表面領域はそれぞれ内部部材３２０の対向する表面の領域より大きい。係る構成により内部部材がｘ軸に沿って移動するとき、強い反発力により内部部材が中心位置へと押し出される。
【００１６】
図４は、上部部材４１２および下部部材４１４を含む外部部材４１０を保有する本発明の他の実施形態を示している。上部部材４１２と下部部材４１４とはスピンドル４３０によって結合されており、スピンドル４３０は、内部部材４２０の中心に設けられた中心ホール４２２に挿通されている。上部部材４１２と下部部材４１４の比較的大きな磁性領域により内部部材４２０を外部部材４１０内の中心に位置させる。
【００１７】
図５に示した、更なる実施形態では、上部部材５１２および下部部材５１４を含む外部部材５１０を備えている。上部部材５１２は第１層５１２ａおよび不連続の磁性構造物５１２ｂを含んでいる。それぞれの不連続磁性構造物５１２ｂは島タイプ、柱状、シリンダー状、多角状などで形成される。不連続の磁性構造物５１２ｂは第１層５１２ａの下方に配する。これと同様にして、下部部材５１４は第２層５１４ｂに配置される不連続の磁性構造物５１４ａを含んでいる。このような不連続の磁性構造物の長所は、同じ物質からなる磁性構造物と比べると、不連続の磁性構造物に存在する弱く減磁された（ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚｉｎｇ）磁場により、磁性構造物が結合された磁場の強さ（ｆｉｅｌｄ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）はより強くなる。磁石内部で減磁された磁場は磁石の磁気力を減少させる。一般に、長い磁石は短い磁石に比べ減磁（demagnetizing）効果が少ないので、より強い磁界を形成する。従って、不連続の磁性構造物５１２ｂ、５１４ｂは磁気層５２０ａ、５２０ｂを有する内部部材５２０を中心へと位置させるために相対的に強い磁気力を分散することとなる。この他の実施形態として、内部部材５２０の磁気層を不連続構造物で構成することも可能であり、これによって内部部材５２０を上部部材５１２と下部部材５１４との間で十分に浮上させることができる。
【００１８】
図６Ａ〜６Ｍにおいて、本発明に係る磁気センサーデバイス１００、３００、４００、５００を製造するステップが示されている。図示されたステップは、従来の石版術の方法および技術を用いている。ウェハー基板６０１（図６Ａ）を最初として、下部磁性層６１４が基板６０１（図６Ｂ）上部に位置する下部部材（１４、３１４、４１４、または５１４）になるように形成される。下部磁性層６１４（図６Ｃ）をパターニングした後、第１犠牲層６１５を下部磁性層６１４（図６Ｄ）上部に形成する。中間磁性層６２０を第１犠牲層６１５上部に形成し（図６Ｅ）、内部部材２０、３２０、４２０、または５２０に対応するように中間磁性層６２０のパターニングを行なう（図６Ｆ）。第２犠牲層６２１を中間磁性層６２０の上方に形成する（図６Ｆ）。そして上部磁性層６２１は上部部材１２、３１２、４１２、または５１２になるよう形成する（図６Ｈ）。上部磁性層６１２をパターニングした後（図６Ｉ）、構造層６１３を形成しパターニングを行なう（図６Ｊ）。強磁性物質（ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）が磁性層６１２、６１４、６２０を形成するのに用いられる。
【００１９】
１実施の形態では、磁性膜は磁性層６１２，６１４、６２０を形成するために薄く切られる。さらに、磁性層６１２，６１４、６２０は、従来の物理的な蒸着法（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング、電気メッキなどにより強磁性物質を形成する。高い異方性、高いスクエアヒステリシスカーブ（ｓｑｕａｒｅ  ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ  ｃｕｒｖｅ）（高い残余磁化レベル／磁気飽和レベル（Ｂｒ、Ｂｓ））、高い飽和レベルBs、高い保持力Hｃを有する磁性物質は、ｉ）上部および下部磁性層６１２，６１４、およびｉｉ）中間磁性層６２０に利用することができる。内部部材および外部部材として利用される垂直磁性媒体の例として、PtCo ( Hc ＝ 4300 Oe),  21Mn79Bi (Hc ＝ 3650 Oe), SrO・6Fe2O3 (Hc ＝ 3330 Oe), BaO・6Fe2O3 (Hc ＝ 1850 - 2900 Oe), 60Cu 20Ni 20Fe (Hc ＝ 590 Oe), および 50Cu 20Ni 2.5Co 27.5Fe (Hc ＝ 260 Oe)が挙げられる。
【００２０】
続いて、図６Ｋに示したように、上部、下部、中間磁性層６１２，６１４，６２０を磁化させるために外部第１磁界フィールドＡが印加される。本発明の好適な実施形態では、上部および下部磁性層６１２、６１４として利用される強磁性物質は中間磁性層６２０の保持力Hｃより高い保持力を有する。従って、中間磁性層６２０として利用される強磁性物質のヒステリシス曲線は上部および下部磁性層６１２、６１４として利用される強磁性物質のヒステリシス曲線より小さい。言い換えれば、誘導された磁化に対する飽和点および飽和レベルを得るために印加される外部磁界フィールドはそれぞれ中間磁性層６２０に対する飽和レベルおよび印加された外部磁界フィールドより上部および下部磁性層６１２、６１４においてサイズがより大きい。
【００２１】
第１外部磁界フィールドＡが除去された後、上部、下部、および中間磁性層６１２、６１４、６２０にて磁性物質はそれぞれの残余磁化レベルに実質的に残ることになり、図６Ｋに示した第１方向の極性を有する。
第２外部磁界フィールドＢは第１外部磁界フィールドＡ（図６Ｌ）に対向する方向に印加される。第２外部磁界フィールドＢの強さは第１外部磁界フィールドＡの強さより小さく、中間磁性層６２０より弱い、強磁性の特性に基づいて中間磁性層６２０の磁化は第２外部磁界フィールドＢにより反転される。上部磁性層６１２および下部磁性層６１４に用いられる磁性物質は、例えば、より大きい保持力のように変化される強い抵抗を保有しているため、上部および下部磁性層６１２、６１４は第１外部磁界フィールドＡにより誘導される磁化の方向を保つことになる。
【００２２】
さらに、上部および下部磁性層６１２、６１４に用いられる強磁性物質は中間磁性層６２０の保持力Hcよりさらに小さい保持力Hcを有する。係る配列により、中間磁性層６２０は第１外部磁界フィールド（Ａ）により誘導された磁化の方向を維持し、下部磁性層６１２、６１４は第２外部磁界（Ｂ）による磁化の方向を変化させる。
次に、６Ｍにおいて、上部部材１２、３１２、４１２、５１２、下部部材１４、３１４、４１４、５１４、磁気センサーデバイス１００、３００、４００、５００の内部部材２０、３２０、４２０、５２０を形成するために、第１および第２犠牲層６１５、６２１を除去する。同じ表面積を有するようにパターン化された上部、下部、および中間磁性層６１２、６１４、６２０が図６に示されているが、中間磁性層６２０は図３Ｃに示した上部および下部磁性層６１２、６１４よりさらに小さな表面を有するようにパターン化することもでこきる。また、上部、下部、および中間磁性層６１２、６１４、６２０の少なくとも１つの層は図５における不連続時勢構造物を有するようにパターン化することができる。
【００２３】
第１、第２、第３磁性層を加えるために、犠牲層除去ステップ、パターニングステップ、バルクマイクロマシーニング工程技術、表面マイクロマシ−ニング、シリコン融合接合、反応イオンエッチング、高画面比率石版術、およびメッキ工程が用いられる。
前述における本発明の実施形態は様々なデバイスで利用できる。係るデバイスの例として、加速度計、磁気計、位置センサー、高度計などがある。
【００２４】
磁気センサーデバイス７００Ａは図７Ａに示されている。なお、磁気センサーデバイス７００Ａはｙ方向への線形加速度を検出するために用いられる加速度計である。上部および下部部材７１２、７１４の内部表面には平行プレート電極７１２ａ、７１４ａが配置されている。さらに、内部部材７２０上には平行プレート電極７２０ａ、７２０ｂが配置されている。平行プレート電極７１２ａ、７２０ａとの間のコンデンサーＣ１と、平行プレート電極７２０ｂ、７１４ａとの間のコンデンサーＣ２が測定される。更なる実施形態において、平行プレート電極７１２ａ、７１４ａとの間に流れる電子にインダクタンスを提供する。本実施の形態では、平行プレート電極７２０ａ、７２０ｂを電気的に結合するために導体またはインダクターのような電気的結合装置が内部部材７２０上にパターン化される。基準点をＣ１＝Ｃ２ とする場合、Ｃ１≠Ｃ２の時に、磁気センサーデバイス７００Ａの共振周波数および磁気センサーデバイス７００ａを介して電極７１２ａから電極７１４ａに流れる電流は変化する。しかし、Ｃ１≠Ｃ２の時に、２つの分離された共振周波数が存在する。共振周波数および電流変化の検出はコンデンサーＣ１およびＣ２ の変化を検出することによって特定することができ、従って、外部部材７１０に対する内部部材７２０の変位、角加速度を特定することができる。
【００２５】
同じ原理を利用して、磁気センサーデバイス７００Ａは磁気計として利用できる。測定された外部磁界フィールドがセンサー７００Ａに印加される。外部磁界フィールドは内部部材７２０をｙ軸方向に移動させるために内部部材７２０を磁気浮上させる磁気反発力を招き、Ｃ１、Ｃ２にてコンデンサーレベルを変化させる。また、外部部材７１０に対する内部部材７２０の変位、すなわち外部磁界フィールドを決定するために共振周波数の変化を測定する。
【００２６】
図７Ｂに示した他の実施形態では、上部部材７１２に配置される２つの電極７３０、７３２と下部部材７１４に配置される２つの電極７４０、７４２を含む磁気センサーデバイス７００Ｂが存在する。例えば、電極７３０、７３２は磁気センサー７００Ａの平行プレート電極７１２ａのような単一の電極でパターン化することができる。電極７３０と７３２、または７４０と７４２との間の信号を測定することによって、電極７３０、７３２により内部部材７２０の変位によるコンデンサー（Ｃ１またはＣ２）の変化を測定することができる。本実施形態では、磁気センサー７００Ａの平行プレート電極７１２ａ、７１４ａとの間のコンデンサーと類似した方式で、電極７３０、７３２との間で測定されるコンデンサー Ｃ１の変化を測定する。コンデンサーの変化により内部部材７２０の変位を特定することができる。
【００２７】
図８に示した他の実施形態では、角移動センサー８００は、角変位のような角変位、角速度のような角変位、および外部部材８１０に対して相対的に磁気浮上している内部部材８２０の角加速度を検出する。同図に示したように、内部部材８２０上に配置された信号手段８２４と、外部部材８１０上に配置された検出手段８２６を用いて角変位を検出できる。検出手段と共に用いられる信号手段８２４の例としては光エミッタ−／センサーと共に利用される光反射／放射成分、磁気フィールド検出計と共に用いられる磁気フィールドエミッタ−を含む。特に、少なくとも１つの磁気物質が内部部材８２０の回転軸からその中心を離れて、信号手段として磁気浮上している内部部材８２０上に位置する。そして、ホール状のセンサーが検出手段８２６として外部部材８１０上に位置する。信号手段として少なくとも１つの磁気物質を用いて、外部部材８１０に対し相対的な内部部材８２０の角速度および角加速度を測定する。
【００２８】
本発明の他の実施形態である角動きセンサー９００を図９に示す。複数の信号手段９２４が内部部材９２４の外側周りに反射上に均等に位置する際、複数の信号手段のうち１つが検出手段９２６を通過する回数を測定することによって外部部材９１０に対して相対的な内部部材９２０の角位置を測定できる。
図１０に示した他の実施形態において、複数の信号手段１０２４および複数の検出手段１０２６が磁気センサー１０００に異なる増分または異なるスケールとして位置する。複数の信号手段１０２４および複数の検出手段１０２６の位置はバーニヤカリパス（ｖｅｒｎｉｅｒ  ｃａｌｉｐｅｒｓ）に基づいた同じ動作原理を用いて角変位を正確に検出する。
【００２９】
本発明の他の実施形態は高度計として用いることができる。重力は高度の関数であるので、高度が高いほど磁気浮上している内部部材に及ぼす重力はより低くなる。従って、高度が高いほど内部部材はコンデンサーの測定値を変化させるために磁気センサー内部においてより高く浮上する。本実施形態において、垂直距離で全体変化を算出することによって電流高度が決められる。垂直距離の全体変化は垂直加速度を測定することにより算出される。
【００３０】
ＭＥＭＳ製造工程を用いることによって高い精密度を有し得ると同時にコストの効率化が図れる。また一括的な工程でシリコンを加工する技術およびツールにより本発明のセンサーデバイスが製造される。
以上、図面に基づいて本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが本発明の保護範囲は、前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る断面図である。
【図３Ａ】本発明に係る実施形態に係る図である。
【図３Ｂ】本発明に係る実施形態に係る図である。
【図３Ｃ】本発明に係る実施形態に係る図である。
【図４】センターリング手段の更なる実施形態を示した図である。
【図５】磁気浮上された内部部材の線形変位を検出するための本発明の実施形態に関する図である。
【図６Ａ】本発明の製造工程をステップ別に示した図である。
【図６Ｂ】本発明の製造工程をステップ別に示した図である。
【図６Ｃ】本発明の製造工程をステップ別に示した図である。
【図６Ｄ】本発明の製造工程をステップ別に示した図である。
【図６Ｅ】本発明の製造工程をステップ別に示した図である。
【図６Ｆ】本発明の製造工程をステップ別に示した図である。
【図６Ｇ】本発明の製造工程をステップ別に示した図である。
【図６Ｈ】本発明の製造工程をステップ別に示した図である。
【図６Ｉ】本発明の製造工程をステップ別に示した図である。
【図６Ｊ】本発明の製造工程をステップ別に示した図である。
【図６Ｋ】本発明の製造工程をステップ別に示した図である。
【図６Ｌ】本発明の製造工程をステップ別に示した図である。
【図６Ｍ】本発明の製造工程をステップ別に示した図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態である加速度計を示した図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態である加速度計を示した図である。
【図８】角変位および動きを検出するための本発明に係る実施形態を示した図である。
【図９】角変位および動きを検出するための本発明に係る実施形態を示した図である。
【図１０】バーニヤスケール（ｖｅｒｎｉｅｒ  ｓｃａｌｅ）を用いて角変位を検出するための本発明の実施形態に係る図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０、３１０、４１０、５１０、７１０、８１０  外部部材
１２、３１２、４１２、５１２、７１２  上部部材
１４、３１４、４１４、５１４、７１４  下部部材
２０、３２０、４２０、５２０、７２０、８２０  内部部材
２２、４２２、５２２  中心ホール
１００、３００、４００、５００、７００Ａ、７００Ｂ、１０００    磁気センサーデバイス
８００、９００      角移動センサー
４３０      スピンドル
５１２ｂ、５１４ｂ      不連続磁性構造物
５２０ａ、５２０ｂ      磁気層
６０１      基板
６１２      上部磁性層
６１３      構造層
６１４      下部磁性層
６１５      第１犠牲層
６２０      中間磁性層
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図６Ｉ】
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【図６Ｊ】
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【図６Ｋ】
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【図６Ｌ】
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【図６Ｍ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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